1- дәріс. Кіріспе жарықтың табиғаты жайындағы ілімнің дамуы. ХVІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайында екі түрлі ғылыми түсінік болды: жарықтың корпускулалық теориясы мен-жарықтың толқындық теориясы
жүктеу/скачать 5,21 Mb.
|
лекция оптика
- Бұл бет үшін навигация:
- Френель зоналары. Зоналық пластинкалар
- Френель зоналары
| 6-дәріс.
Жарық дифракциясы. Гюйгенс-Френель принципі. Френель зоналары. Зоналық пластинкалар. Жарықтың кішкене дөңгелек саңылаудан және дискіден өткендегі дифракциясы. Жарықтың дифракциясы - бұл мӛлдір емес кедергі шетімен тар саңылаудан ӛткендегі жарықтың толқындық табиғатымен байланысты жарықтың таралуында бақыланатын құбылыстардың жиынтығы. Әдетте жарық дифракциясы деп геометриялық оптика сипаттайтын жарықтың таралу заңдарынан ауытқуды айтады. Дифракция құбылысы толқындық процестерге ортақ, ал жарық үшін ерекшелігі: толқын ұзындығы бӛгеттердің (немесе саңылаудың) d ӛлшемдерінен кӛп кішілігінде. Дифракцияны бӛгеттерден l ара-қашықтықтар едәуір үлкен болғанда ғана бақылауға болады. Дифракцияны Гюйгенс принципінің кӛмегімен түсіндіруге мүмкіндік бар. Толқын жеткен әрбір нүкте екінші ретті толқындардың кӛзі қызметін атқарады (біртекті изотропты орталарда олар сфералық болып келеді), ал толқындар саңылаудың шетін орап ӛтеді, яғни толқындық шеп геометриялық кӛлеңке облысына енеді. Толқындық шеп – уақыт аралығында тербелістер жеткен нүктелердің геометриялық орны. Тербелістердің фазалары бірдей нүктелердің геометриялық орнын толқындық бет деп атайды. Толқындық фронт толқындық бет болып табылады. Мысалы, параллель толқынның шепті (жазық тол-қындар қарастырылады) мӛлдір емес экранның саңылауына түссін (1 сурет). 1-сурет
Гюйгенске сәйкес, толқындық шептен саңылау кӛмегімен бӛлініп шығатын әрбір нүкте екінші ретті толқындар кӛзінің қызметін атқарады (біртекті изотропты ортада сфералық болады). Қандай да бір уақыт мезетінде толқындық шеп геометриялық кӛлеңке облысына кіреді, яғни толқындар саңылаудың шеттерін айналып ӛтеді. Басқаша айтқанда, дифракция құбылысы байқалады.
Гюйгенс принципі тек толқындық шептің таралу бағыты туралы мәселені шеше алды, сондықтан ол геометриялық принцип болып табылады. Оның кӛмегімен, мысалы екі ортаның бӛлу шекарасында шағылу немесе сыну заңдарын қорытып шығаруға болады. Бірақ, Гюйгенс принципі амплитуда туралы, соған байланысты жарық толқындарының бӛгеттен кейінгі интенсивтілігі туралы мәселені қозғаған жоқ. Одан басқа, толқын таралғанда кері толқынның пайда болмауын түсіндірмеді. Френель Гюйгенс принципін екінші ретті толқындардың интерференциялануы ойымен толықтырды. Гюйгенс-Френель принципі бойынша, S жарық кӛзінен шыққан жарық толқыны - жалған кӛздерден шыққан когеренттік екінші ретті толқындардың суперпозициялық нәтижесі деп қарастырылады. Мұндай жарық кӛздерінің ролін S кӛзін қамтитын кез келген тұйықталған беттің шексіз кішкене элементтері атқарады. Әдетте, осындай беттер ретінде бір толқындық бетті таңдап алады, сондықтан барлық жалған кӛздер синфазды болады. Сӛйтіп кеңістіктің кез келген нүктесіндегі қорытқы интенсив-тілікті анықтау үшін бүкіл екінші реттік толқындардың интерференциясын еске алу керек. Френель қайтымды екінші ретті толқындардың пайда болуының мүмкіндігін жоққа шығарды және ол: егер жарық кӛзі мен бақылау нүктесінің арасында саңылауы бар мӛлдір емес экран тұрса, онда экранның бетінде екінші ретті толқындардың амплитудалары нольге тең болады да, ал тесікте – экран болмаған жағдайға сәйкес екенін тұжырымдады. Екінші ретті толқындардың амплитудалары мен фазаларын есепке алу әрбір нақты жағдайда қорытқы толқынның кеңістіктің әрбір нүктесінде амплитудасын (интенсивтілігін) табуға мүмкіндік береді, яғни жарық толқындарының еркін таралу жағдайында (түзу сызықты жарықтың таралуы) және бӛгеттер болған жағдайда жарықтың таралу заңдылықтарын анықтауға мүмкіндік береді. Френель зоналары. Зоналық пластинкалар S-біртекті ортада таралатын монохроматты жарықтың нүктелік кӛзі (2сурет), ал М - жарық толқынының қорытқы амплитудасы анықталатын еркін бақылау нүктесі болсын. Гюйгенс – Френель принципі бойынша S кӛздің әсері қосымша бетте орналасқан ойша алынған кӛздердің әсерімен ауыстырылады. Қосымша бет ретінде толқындық Ф бет таңдап алынады. 2-сурет
Френель қорытқы амплитуданы анықтау үшін толқындық бетті сақиналық зоналарға бӛлуді ұсынды. Осыны кейіннен Френель зоналары деп атады. Сақиналық зоналардың ӛлшемдері кӛршілес зоналардың сәйкес нүктелерінен М бақылау нүктесіне келген жарық тербелістерінің жол айырымы /2-ге тең, яғни Р1М - Р0М = P2М - P1М = P3М - P2М = … = / 2. Бұл үшін М нүктесінен радиустары b+ /2, b+2 /2, b+3 /2, … сфера құру керек.
нүктесінде қоздырылған екі кӛршілес зонаның фазалары қарама-қарсы, себебі тиісті сәулелердің осы зоналардан М бақылау нүктесіне дейінгі жол айырымы /2-ге тең, сондықтан қабаттасу кезінде тербелістер бір-бірін әлсіретеді. Олай болса, барлық зоналар жиынтығының М нүктесінде қоздырылған қорытқы тербелісінің амплитудасы: жүктеу/скачать 5,21 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|